Warmtepompen in de bouwsector: duurzame oplossing voor verwarming en koeling

Published by Redactie on oktober 2, 2025 | Category warmtepomp

Inleiding

In de huidige bouw- en renovatiepraktijk speelt duurzaamheid een steeds belangrijkere rol. Tegen de achtergrond van klimaatverandering en de noodzaak om energieverbruik en CO2-uitstoot te verminderen, worden innovatieve technologieën als warmtepompen steeds vaker ingezet. Warmtepompen bieden een efficiënte manier om gebouwen te verwarmen en te koelen, zonder een hoge afhankelijkheid van fossiele brandstoffen. In dit artikel worden de principes van warmtepompen uitgelegd, geïntegreerd in praktijkgerichte toepassingen zoals die op de campus van Wageningen University & Research (WUR) worden ingezet. Daarnaast wordt ingegaan op de werking van warmtepompen in combinatie met andere duurzame technologieën zoals zonnewarmte, aardwarmte en Warmte Koude Opslag (WKO). Aan het einde volgt een overzicht van de voordelen en de beperkingen van warmtepompen, geïllustreerd met concrete voorbeelden uit de sector.

Wat is een warmtepomp?

Een warmtepomp is een technologie die warmte uit de omgeving (zoals grond, water of lucht) overdraagt naar een gebouw voor verwarming of omgekeerd, voor koeling. Het principe is vergelijkbaar met dat van een koelkast: een gas circuleert in een kringloop, waarbij het gas verdampt en condenseert om warmte op te nemen en af te geven. Door dit proces kan een warmtepomp warmte opwekken uit relatief koele bronnen, zoals grondwater of lucht, met een energie-efficiëntie die aanzienlijk hoger is dan bij traditionele verwarmingssystemen zoals gas- of elektrische verwarming.

Het proces van warmteoverdracht

Het werkingsprincipe van een warmtepomp is gebaseerd op het principe van thermodynamica, waarbij warmte altijd van een warme naar een koele omgeving stroomt. In een warmtepomp wordt deze natuurlijke beweging van warmte uitgebreid met een externe energiebron (meestal elektriciteit) om de warmte in de gewenste richting te verplaatsen. Dit gebeurt door middel van een kringloop van verdamper, compressor en condensor.

Verdamper: Hier opneemt het koudere gas warmte uit de omgeving.
Compressor: De verdampte stof wordt samengeperst, waardoor de temperatuur stijgt.
Condensor: Hier wordt de warmte afgegeven aan het gebouw of de koelinstallatie.
Radiator of koelplaat: Het koelgas wordt opnieuw verdampt en het proces herhaalt zich.

Door dit proces kan een warmtepomp een coëfficiënt van prestatie (COP) bereiken van 3 tot 5, wat betekent dat voor elke 1 kWh elektriciteit er 3 tot 5 kWh warmte wordt opgewekt. Dit maakt warmtepompen energie-efficiënter dan traditionele verwarmingsmethoden.

Toepassing van warmtepompen in combinatie met andere technologieën

Warmtepompen kunnen efficiënter worden ingezet wanneer ze worden geïntegreerd in grotere duurzame systemen zoals Warmte Koude Opslag (WKO) en zonnewarmte. In de praktijk worden deze systemen vaak toegepast in gebouwen met hoge energiebehoeften, zoals universiteiten, kantoren en woonwijken.

Warmte Koude Opslag (WKO)

Een voorbeeld van een grootschalige toepassing van warmtepompen in combinatie met WKO is te vinden op de campus van Wageningen University & Research. Hier wordt gebruikgemaakt van een ondergrondse warmte- en koudesysteem dat op basis van een watervoerend zandpakket op 90 meter diepte werkt. Het systeem bestaat uit drie ondergrondse temperatuurstraten:

Twee koude zones aan de randen
Een warmtezone in het midden

Via een ringleiding worden negen bronnen in de koude zones en negen in de warmtezone verbonden. Gebouwen zijn aangesloten op deze ring en gebruiken warmtepompen om de warmte uit het opgeslagen grondwater te halen.

Werking van het WKO-systeem

Zomers: Water uit de koude bronnen wordt gebruikt om gebouwen te koelen.
Winters: Via de warmtepomp wordt warmte uit het grondwater opgewekt om de gebouwen te verwarmen. Het opgewarmde water wordt opnieuw opgeslagen in de warmtebronnen, en het afgekoelde water wordt teruggevoerd naar de koude bronnen.

Deze cyclus zorgt voor een aanzienlijke energiebesparing. WUR schat dat met de aanleg van de WKO-ring jaarlijks ongeveer 1,3 miljoen kuub aardgas bespaard wordt, wat overeenkomt met een CO2-uitstootvermindering van 2.400 ton per jaar.

Zonnewarmte en warmtepompen

Zonnewarmte is een technologie waarbij zonnestraling wordt gebruikt om water op te warmen via zonnecollectors. Deze warmte kan worden gebruikt in combinatie met warmtepompen om een volledig duurzaam verwarmingssysteem te realiseren. In huizen met zonnewarmte is vaak ook een traditionele boiler aanwezig, omdat de zonnecollectors niet continu warm water leveren. In combinatie met warmtepompen kan dit systeem efficiënter worden, omdat de warmtepomp aanvullend warmte kan genereren wanneer de zon niet schijnt.

Aardwarmte

Aardwarmte is een vorm van geothermische energie die wordt gewonnen uit het grondwater of de bodem. In diepe lagen van de aarde is de temperatuur constant, meestal tussen de 10 en 15 graden Celsius. Deze warmte kan via warmtepompen worden verhoogd tot de benodigde temperatuur voor verwarming.

Voorbeelden van toepassing van aardwarmte in combinatie met warmtepompen zijn:

Verwarming van woningen
Koeling van gebouwen
Ijsvrij houden van wegen en bruggen

In de praktijk is het belangrijk om een goed ontwerp te kiezen, afhankelijk van de grondstructuur en de warmtebehoeften van het gebouw.

Voordelen van warmtepompen

1. Energie-efficiëntie

Een van de grootste voordelen van warmtepompen is hun hoge energie-efficiëntie. Door gebruik te maken van warmte die al in de omgeving aanwezig is, hoeft er relatief weinig extra energie te worden ingezet. Dit maakt warmtepompen geschikt voor gebouwen die geïsoleerd zijn of die gebruikmaken van groene stroom.

2. CO2-minderstelling

Aangezien warmtepompen geen fossiele brandstoffen gebruiken, is hun CO2-uitstoot veel lager dan bij traditionele verwarmingssystemen. In combinatie met groene stroom is het mogelijk om nul- of positieve CO2-uitstoot te bereiken. Dit maakt warmtepompen een essentieel onderdeel van duurzame gebouwontwikkeling en renovatie.

3. Duurzaamheid

Warmtepompen zijn onderhoudsarm en hebben een lange levensduur. In combinatie met duurzame energiebronnen zoals zonnewarmte of aardwarmte vormen ze een betrouwbare en duurzame oplossing voor verwarming en koeling.

4. Gebruik voor zowel verwarming als koeling

Een warmtepomp kan worden gebruikt voor zowel verwarming als koeling. Dit maakt het systeem flexibel en geschikt voor een breed spectrum van toepassingen, van individuele woningen tot grote gebouwen.

5. Integreerbaar in bestaande systemen

Warmtepompen kunnen vaak worden geïntegreerd in bestaande verwarmingssystemen, wat maakt dat ze geschikt zijn voor renovatieprojecten. In combinatie met zonnepanelen en Warmte Koude Opslag kan het tot een volledig duurzaam systeem worden uitgebouwd.

Nadelen van warmtepompen

1. Investeringen

Het aanschaffen en installeren van een warmtepomp vereist een aanzienlijke investering. De kosten van de installatie, inclusief boringen voor aardwarmte of het aansluiten op een WKO-systeem, kunnen omvangrijk zijn. Dit maakt het voor individuele woningbouwers niet altijd haalbaar, tenzij er subsidies beschikbaar zijn.

2. Afhankelijkheid van elektriciteit

Hoewel warmtepompen energie-efficiënt zijn, verbruiken ze wel elektriciteit. Als deze elektriciteit niet groen is, kan het CO2-verminderend effect worden gematigd. Het is daarom belangrijk om warmtepompen te combineren met groene stroom of zonnepanelen.

3. Beperkte toepasbaarheid in bepaalde regio’s

Niet overal zijn de grondvoorwaarden geschikt voor aardwarmte of WKO. In regio’s waar het watervoerend pakket niet voldoende warmte kan opslaan of waar de grondstructuren niet geschikt zijn voor boringen, is het gebruik van warmtepompen minder rendabel. In Nederland is bijvoorbeeld aardwarmte op grote diepte niet rendabel, zoals aangegeven in de bronnen.

4. Voorwaarden voor efficiënte werking

Om een warmtepomp optimaal te laten werken, is het belangrijk dat het gebouw goed is geïsoleerd. In oude of slecht geïsoleerde woningen kan een warmtepomp minder efficiënt zijn, omdat het gebouw meer energie verliest.

Praktijkvoorbeeld: WKO op de campus van Wageningen University & Research

De campus van Wageningen University & Research is een uitstekend voorbeeld van hoe warmtepompen op grootschalig niveau kunnen worden ingezet in combinatie met Warmte Koude Opslag. Het systeem is ontworpen om het aardgasverbruik aanzienlijk te verminderen en bij te dragen aan de duurzaamheidsdoelstellingen van WUR.

Technische uitvoering

Het WKO-systeem is gebaseerd op het gebruik van een watervoerend zandpakket dat op 90 meter diepte ligt. Via een netwerk van negen koude en negen warme bronnen wordt water heen en weer gepompt. Een warmtepomp haalt de warmte uit het grondwater, waarna het opnieuw wordt opgeslagen in de warmtebronnen. Dit proces maakt het mogelijk om hetzelfde water jaarlijks te hergebruiken voor verwarming en koeling.

Resultaten

Aardgasverbruik: Ongeveer 1,3 miljoen kuub per jaar wordt bespaard.
CO2-uitstoot: Ongeveer 2.400 ton CO2 per jaar wordt verminderd.
Groene stroom: De pompen gebruiken groene stroom, wat de CO2-minderstelling verder versterkt.

Deze maatregel maakt deel uit van een bredere strategie van WUR om haar energievoorziening te verduurzamen. Het project toont aan dat grootschalige toepassingen van warmtepompen en WKO technisch haalbaar zijn en aanzienlijke voordelen bieden op energie- en milieuvlak.

Samenwerking met zonnewarmte en aardwarmte

In combinatie met zonnewarmte en aardwarmte kunnen warmtepompen nog efficiënter worden ingezet. Zonnewarmte is bijvoorbeeld een goed aanvullende technologie, omdat het warm water levert dat in combinatie met een warmtepomp kan worden gebruikt voor ruimteverwarming. In het voorbeeld van WUR wordt zonnewarmte niet genoemd, maar het is een veelvoorkomende aanvulling in andere projecten.

Aardwarmte is een ander voorbeeld van een technologie die goed samwerkt met warmtepompen. In regio’s waar het grondwater warm genoeg is, kan deze warmte direct worden gebruikt voor verwarming. In andere gevallen is een warmtepomp nodig om de temperatuur verder te verhogen.

Toepassing in woningen

In individuele woningen zijn er ook veel toepassingsmogelijkheden. Een typische opzet is het combineren van:

Zonnepanelen voor elektriciteit
Zonnecollectors voor warm water
Een warmtepomp voor ruimteverwarming en koeling

Dit zorgt voor een volledig duurzaam systeem dat zowel warmte als elektriciteit levert uit duurzame bronnen.

Toekomstige ontwikkelingen en uitdagingen

1. Innovatie in warmtepomptechnologie

De efficiëntie van warmtepompen wordt voortdurend verbeterd door technologische ontwikkelingen. Denk aan het gebruik van nieuwe koudemiddelen, verbeterde compressorontwerpen en slimme beheersystemen. Deze ontwikkelingen maken warmtepompen efficiënter en geschikt voor een breder spectrum van toepassingen.

2. Grootschalige opslag

In de toekomst kan Warmte Koude Opslag op grotere schaal worden ingezet, bijvoorbeeld in woonwijken of steden. Door warmte en koude op te slaan in de ondergrond, kan het energieverbruik van een gehele gemeenschap worden gemaximaliseerd.

3. Groene stroom

Een belangrijke uitdaging is het garanderen van voldoende groene stroom voor de werking van warmtepompen. In regio’s waar het elektriciteitsnet nog niet volledig op groene energie draait, kan het effect van warmtepompen op het milieu worden gematigd. Het is daarom belangrijk dat warmtepompen worden geïntegreerd in een bredere strategie van energietransitie.

4. Subsidies en beleid

Om het gebruik van warmtepompen te stimuleren, is het belangrijk dat beleidsmakers subsidies en fiscale voordelen bieden aan woningbouwers en woningeigenaren. Dit maakt het mogelijk om de initiele investeringen voor warmtepompen draagbaar te maken en de duurzame energietransitie te versnellen.

Conclusie

Warmtepompen spelen een steeds belangrijkere rol in de bouw- en renovatiesector. Ze bieden een efficiënte, duurzame en flexibele oplossing voor verwarming en koeling, die goed te combineren is met andere duurzame technologieën zoals zonnewarmte, aardwarmte en Warmte Koude Opslag. In praktijkprojecten zoals die van Wageningen University & Research wordt aangetoond dat het gebruik van warmtepompen op grootschalig niveau leidt tot significante energiebesparing en CO2-minderstelling. Voor individuele woningen zijn warmtepompen eveneens een goede keuze, mits ze goed worden geïntegreerd in een duurzaam energieconcept. De voordelen van warmtepompen zijn aanzienlijk, maar ook de nadelen moeten worden beoordeeld bij een eventuele keuze. De toekomst van warmtepompen houdt veelbelovende ontwikkelingen in, zowel op technisch als beleidsniveau.

Bronnen

profielwerkstuk